A N N A L E S
U N I V E R S I T A T I S M A R I A E C U R I E - S K Ł O D O W S K A L U B L I N - P O L O N I A
VOL. XXVIII, 10____________________SECTIO I_______________________________2003 Wydział Filozofii i Socjologii UMCS
Pi o t r Gi z a
Czy komputerowe systemy odkryć dostarczają argumentów na rzecz realizmu?
Do the Automated Discovery Systems provide arguments for scientific realism?
WSTĘP
W latach 70. X X w. kilku badaczy sztucznej inteligencji w U SA skierow ało swoje zainteresow ania na obszar uw ażany ja k dotąd jed y n ie za dom enę geniuszu odkrycia naukow e. C hodziło o zaprojektow anie i uruchom ienie system ów kom puterow ych, które m iały m odelow ać rzeczyw isty historyczny proces odkrycia naukow ego w dziedzinach takich ja k m atem atyka, fizyka, chemia, czy biologia.
W ysiłki koncentrow ały się głów nie na m odelow aniu odkryć praw em pirycznych takich ja k rów nanie gazu doskonałego, praw o C oulom ba, praw o załam ania św ia
tła czy praw o bilansu cieplnego na podstaw ie danych eksperym entalnych. N aj
bardziej znane system y tego typu to system indukcji funkcyjnej G erw ina (Ger- win, 1974), B A C O N (Bradshaw , Langley i Sim on, 1980), FA H R EN H EIT (Żyt- kow , 1987) czy IDS (Langley i N ordhausen, 1986).
Systemy odkryć em pirycznych, w spom niane wyżej, posiadają pew ne w spól
ne, niezależne od konkretnej dziedziny, m etody heurystyczne w zorow ane na za
chow aniu poznaw czym ludzkich badaczy w laboratorium . S ą one nie tylko uży
tecznym i narzędziam i w w ykryw aniu regularności w „surow ych” danych, lecz
niektóre z nich są w stanie sam odzielnie zbierać te dane, przeprow adzając proste eksperym enty. Niem niej jed n ak systemy tego typu nie m ają do czynienia z tym, co w norm alnym znaczeniu zw ykliśm y określać jak o teorie czy term iny teore
tyczne ija k o takie nie posiadają istotnego znaczenie dla sporu o realizm w nauce.
R ów nolegle z rozw ojem system ów dokonujących odkryć em pirycznych trw ały prace nad kom puterow ą rekonstrukcją odkryw ania ukrytej struktury m a
terii. Zaow ocow ały one pow staniem ju ż na początku lat 80. XX w. pierw szych system ów dokonujących odkryć w dziedzinie chemii, fizyki i genetyki. Systemy te, ja k postaram się w ykazać, są znacznie bardziej interesujące z punktu w idze
nia filozofii nauki niż system y odkryć em pirycznych.
Pierw szym z tych system ów był D EN D RA L (Lindsay, B uchanan, Fełgen- baum i Lederverg, 1980). Zajm ow ał się on rekonstrukcją struktury m olekuł zw iązków organicznych, tworząc dla danego w zoru sum arycznego zw iązku chem icznego w szystkie m ożliw e izomery.
K olejny system, STAHL (Żytkow i Simon, 1986) opracow any w 1986 ro
ku, analizow ał reakcje chem iczne i stwierdzał, które substancje są pierw iastka
mi, a które związkam i chem icznym i oraz starał się ustalić ich skład. Ta sam a grupa badaczy w rok później dokonała kolejnego kroku na drodze kom puterowej analizy ukrytej struktury. O pracow any przez nich system D A LTO N (Langley, Simon, B radshaw i Żytkow, 1987) był ju ż w stanie zaproponow ać skład atom o
w y m olekuł substancji chem icznych. M etody w ypracow ane przy konstrukcji tych system ów zostały następnie zastosow ane do fizyki cząstek elem entarnych.
U doskonalona w ersja STA H L-a oraz system R EV O LV E R (Rose, 1989) zajm o
w ały się odkiyw aniem struktury kwarkowej cząstek elem entarnych.
Jednak najdoskonalszym oraz najw ażniejszym poznaw czo system em gene
rującym m odele kw arkow e je st opracow any w 1990 r. system G ELL-M A N N (Fisher i Żytkow , 1990), którem u ze w zględu na jeg o znaczenie poznaw cze po św ięcę więcej uwagi. System ten w yróżnia bogactw o reprezentow ania m odeli kw arkow ych. Jako jedyny w prow adza on bow iem atrybuty dla postulow anych cząstek subelem entam ych. Przede w szystkim jednak, system dokonuje w yczer
pującego spraw dzania w szystkich m ożliw ych m odeli kw arkow ych w poszu
kiw aniu najprostszego m odelu adekw atnego do danych. Tym sam ym m ożem y tu m ówić nie tylko o poszukiw aniu, ale i pew nym uzasadnieniu słuszności znale
zionego m odelu kwarkowego.
Co więcej, tw ierdzę, że zaaw ansow ane system y, ja k G ELL-M A N N , dostar
czają now ych, niezależnych i m ocnych argum entów na rzecz realizm u w odnie
sieniu do przedm iotów przez nie postulow anych. A by móc bronić tej tezy, m u
szę najpierw pokazać, że naw et najbardziej zaaw ansow ane system y odkryw ające ukrytą strukturę m aterii „rozum ują” na innym p oziom ie teorii, niż czynili to naukow cy w analogicznej sytuacji problem ow ej. O w e dw a poziom y teorii od
pow iadają rozróżnieniu na teorie i pra w a fenom enologiczne, w prow adzonem u przez N ancy C artw right w znanej książce H ow the Law s o f Physics Lie? (1983) w m iejsce tradycyjnego rozróżnienia na teorię i obserw acje.1
C zęść druga artykułu zaw iera krótką charakterystykę stanu w iedzy w fizyce cząstek elem entarnych w e w czesnych latach 60. ubiegłego stulecia. Pokazuję, w jak i sposób fizycy teoretycy sform ułow ali hipotezę kw arkow ą na drodze w y
soce zaaw ansow anych rozw ażań teoretycznych na tem at sym etrii w świecie cząstek elem entarnych.
W części trzeciej pokazuję, w jaki sposób system G ELL-M A N N form ułuje model kwarkowy na podstawie analizy ogromnej liczby danych fenomenologicz
nych, w rozum ieniu Cartwright.
W reszcie w konkludującej części czwartej podejm uję próbę skonstruow ania argum entacji na rzecz realizm u w odniesieniu do przedm iotów subm ikrosko- pow ych w sposób analogiczny do znanego „argum entu o koincydencji” sform u
łow anego przez lana H ackinga w odniesieniu do przedm iotów m ikroskopow ych w jeg o książce Representing a nd Intervening (1983).
W JAKI SPOSÓB KWARKI POJAWIŁY SIĘ W FIZYCE TEORETYCZNEJ?
Do połow y roku 1930 obraz „elem entarnych cegiełek”, z których składała się m ateria, był jasn y i prosty. A tom y składały się z jąd ra i okrążających je elek
tronów. Jądro zbudow ane było z protonów i neutronów . Jednak w raz z rozw o
je m akceleratorów cząstek osiągających energię rzędu setek M eV oraz postępa
mi w badaniach nad prom ieniow aniem kosm icznym liczba w ykrytych cząstek zaczęła gw ałtow nie rosnąć. W roku 1947 znano ju ż 16 cząstek elem entarnych i ich rola w ydaw ała się jasna, lecz w tym w łaśnie roku R ochester and B utler odkryli pierw sze cząstki niepasujące do dotychczasow ego obrazu, obecnie znane jak o m ezon K° i cząstka L. Tym i innym nowo odkrytym cząstkom nadano w spólne m iano „dziw nych” (Norwood, 1975). Liczba odkrytych cząstek zaczęła gw ałtow nie rosnąć i gdy w raz z pojaw ieniem się akceleratorów o energii rzędu GeV przekroczyła 100, fizycy zaczęli doszukiw ać się jakiegoś prostszego po
rządku stojącego poza frustrującą liczbą cząstek „elem entarnych”. N iektórzy zaczęli naw et kw estionow ać „elem entarny” charakter znanych cząstek, wierząc, że składają się one z m niejszej liczby prostszych składników.
1 Autorka jest antyrealistką w odniesieniu do teoretycznych praw wyjaśniających a jedno
cześnie broni realizmu w odniesieniu do pewnych przedmiotów teoretycznych oraz praw niskiego poziomu opisujących konkretne zjawiska. Obszernie omawiam stanowisko Cartwright w pracy Giza (1991). W tym miejscu ograniczą się jedynie do stwierdzenia, że stanowisko jej jest dobrze uzasadnione dogłębną analizą realnej nauki (głównie fizyki) i stanowi dogodny punkt odniesienia dla naszych rozważań.
Już w roku 1950 Eugene W igner2 pokazał, że abstrakcyjny dział algebry, teoria grup, okazał się bardzo przydatny w fizyce, a dokładnie w m echanice kwantowej opisującej w idm a atomów. W krótce form alizm teoriogrupow y został rozszerzony na analizę pew nych oddziaływ ań w fizyce jądrow ej i fizyce cząstek elem entarnych.3 B yć m oże pierw szym , udanym zastosow aniem teorii grup do fizyki cząstek elem entarnych była koncepcja izospinu. A naliza własności jąd er atom ow ych pokazała, że ich składniki, protony i neutrony m ogą być traktow ane jak o dw a różne stany tej samej cząstki - nukleonu, który posiadałby pew ną w e
w nętrzną w łasność, izospin czy spin izotopowy, przyjm ującą dw ie m ożliwe wartości. K oncepcja izospinu została następnie skutecznie uogólniona na inne grupy znanych cząstek silnie oddziałujących (tzw. hadronów ). Cząsteczki danej grupy posiadały praw ie identyczne w szystkie liczby kw antow e, a różniły się tylko ładunkiem , zw iązanym z oddziaływ aniam i elektrom agnetycznym i. M ate
m atyczny formalizm izospinu oparty był na tzw. grupie symetrii SU(2).
Do roku 1963 w iele znanych cząstek zostało pogrupow anych w w iększe ,godziny” w edług takich w łasności ja k ładunek, izospin, liczba barionow a i dziwność. Najbardziej znana z nich to tzw. oktet barionow y, składający się z dw óch dubletów izospinow ych, jednego singletu i jednego tripletu, różniących się dziwnością. W szystkie cząstki w oktecie m iały bardzo podobne m asy, spiny i parzystości. Inne grupy to m ezony pseudoskalam e, m ezony w ektorow e i tzw.
dekuplet rezonansów barionow ych.4 N asunęło to fizykom podejrzenie, że mamy tu do czynienie z szerszą grupą sym etrii obejm ującą dziw ność i izospin, opisują
cą jakieś supersilne oddziaływ anie niew ykrytych jeszcze cząstek subelem entar- nych. D okładna analiza pokazała, że grupą sym etrii w łaściw ą do opisania w spom nianych rodzin cząstek je st grupa SU (3) - trójw ym iarow a grupa symetrii unitarnej.
Po wielu bezow ocnych poszukiw aniach naukow com udało się znaleźć pra
w idłow e reprezentacje w szystkich znanych grup (tzw. m ultipletów ) cząstek w ram ach grupy SU(3). G ell-M ann i N e ’em an (1964) w prow adzili do teorii zu
pełnie now e cząstki o ułam kow ym ładunku, obsadzające podstaw ow ą reprezen
tację tej grupy - nazw ano je kwarkami. R ozkład znanych reprezentacji na repre
zentacje najprostsze pokazał, że bariony składają się z trzech kwarków, a m ezony - z pary kw ark antykwark.
2 Patrz klasyczna praca w dziedzinie zastosowań teorii grup do fizyki, Wigner (1958).
3 Użyteczność tego formalizmu związana jest z faktem, że tzw. hamiltonian oddziaływania - podstawowa wielkość opisująca system kwantowy - jest niezmienniczy względem pewnych trans
formacji grupowych (np. przesunięcia w przestrzeni, czasie czy obroty), a to z kolei pociąga za sobą pewne fundamentalne prawa zachowania (np. energii, pędu, ładunku, spinu czy tzw. izospi
nu). Patrz np. Hammermesb (1963).
4 Odkrycie symetrii cząstek elementarnych i ich stuktura kwarkowa zostały obszernie opisane w pionierskiej pracy Gell-Mann i Ne’eman (1964).
Początkow o do teorii w prow adzono trzy kwarki, górny, dolny i dziwny. Ich liczby kw antow e jednoznacznie w ynikały z teorii i w yjaśniały w łaściw ości zna
nych hadronów . W krótce jednak, w raz z odkryciem now ych cząstek, trzeba było w prow adzić trzy now e kwarki - pow abny, p iękn y i praw dziw y.
R easum ując, należy stw ierdzić, iż kwarki pojaw iły się w efekcie prób zro
zum ienia, w yjaśnienia i uproszczenia różnorodności coraz większej liczby „ele
m entarnych” cząstek pojaw iających się po II w ojnie światowej. W ybór w łaści
w ego m odelu kw arkow ego, w tym rów nież kom pozycji kwarkowej hadronów i liczb kw antow ych kw arków , był zdeterm inow any przez m atem atyczny form a
lizm kwantow ej teorii pola. K ryteria użyte przy porów nyw aniu różnych modeli kw arkow ych zw iązane były z w ew nętrzną spójnością form alizm u m atem atycz
nego, funkcjonow ały więc na poziom ie, który N ancy C artw iright określiłaby jak o teoretyczne praw a wyjaśniające. Kryterium spójności z obserw acjam i (w w ystarczająco szerokim rozum ieniu), tzn. z własnościam i zaobserw ow anych cząstek odegrało rolę drugorzędną.
JAK GELL-MANN ODKRYŁ KWARKI?
Zadaniem system u G ELL-M A N N -a było zanalizow anie danych na tem at cząstek elem entarnych (dokładniej: hadronów ) znanych w 1964 roku i sform u
łow anie na tej podstaw ie hipotezy (lub hipotez) na tem at istnienia prostszej, ukrytej w nich struktury m aterii. Jednak pom im o całkow itej zgodności w yni
ków, G ELL-M A N N dochodzi do hipotezy o istnieniu kw arków na zupełnie in
nej drodze, niż zrobili to fizycy teoretycy w roku 1964.
Jak stwierdziłem w poprzedniej części pracy, rozważania, które doprowadziły fizyków do m odelu kw arkow ego, były przeprow adzane na poziom ie m odeli teoretycznych. C hodziło o znalezienie najprostszej reprezentacji grupy symetrii SU(3), przy pom ocy której udało się uporządkow ać odkryte hadrony. U stalenie liczb kw antow ych kw arków było ju ż spraw ą w zględnie prostą, podyktow aną w ym ogam i form alizm u teorii.
G ELL-M A N N „rozum uje” natom iast na poziom ie praw fenom enologicz
nych. Z am iast stosow ać w yrafinow any form alizm relatyw istycznej, kwantowej teorii pola i teorii grup, system przeszukuje ogrom ną przestrzeń m ożliw ych m o
deli kw arkow ych, starając się znaleźć najprostszy m odel pasujący do danych w ejściow ych, tzn. liczb kw antow ych „sym etrycznych” rodzin cząstek elem en
tarnych.
O piszę teraz pokrótce w ejście, w yjście i funkcjonow anie system u oraz re
zultaty, które udało się przy jeg o pom ocy uzyskać.
W ejście. N a w ejściu system w ym aga podania listy obiektów scharaktery
zow anych przez te sam e atrybuty. W klasycznym przypadku w ejście system u
stanow ią „sym etryczne rodziny” cząstek elem entarnych (hadronów ) znane w roku 1964.
W yjście. N a w yjściu system generuje listę m odeli kw arkow ych. Każdy m odel składa się z listy kwarków, ich własności (liczb kw antow ych) oraz uni
kalnej kom pozycji kwarkowej dla każdej w ejściow ej cząstki elem entarnej.
F u n k cjo n o w an ie. G ELL-M ANN rozum uje w kilku krokach poprzez kolej
ne stosowanie pięciu operatorów, z których każdy wnosi konkretny wkład w konstrukcję ostatecznego m odelu kwarkowego:
Pierw szy z nich postuluje istnienie N rodzajów kw arków , z których składa
łyby się w szystkie cząsteczki z rodziny danej na wejściu. Drugi operator postu
luje istnienie struktury kwarkowej hadronów. Zakłada on, że każdy z hadronów w rodzinie w ejściow ej składa się z M kwarków, poczynając od najprostszej nie- trywialnej hipotezy dla M=2. Kolejny, trzeci operator generuje w szystkie m oż
liwe struktury kwarkowe, czyli kom binacje C (N,M ). W jeg o funkcjonow anie ingerują dwie istotne reguły heurystyczne ograniczające przestrzeń poszukiwań.
Pierw sza z nich w prow adza w ym aganie jednoznacznej dekom pozycji cząstek wejściow ych na kwarki, druga odrzuca te rozwiązania, dla których liczba poten
cjalnych kom binacji kw arkow ych byłaby zbyt duża. Jako graniczną wartość autorzy przyjm ują (być m oże nieco a d hoc) wartość 2K, gdzie K je st liczbą czą
steczek w danej na w ejściu rodzinie. Niem niej w arunek ten wystarcza, ja k się okazuje, by system znalazł unikalny, najprostszy model kw arkow y. O perator trzeci opiera się na w ynikach uzyskanych przez dw a poprzednie.
Czwarty operator jest najbardziej skom plikow any w całym systemie. Postu
luje on w artości atrybutów dla kwarków, dokonując przeszukiw ania w przestrze
ni wyznaczonej przez iloczyn kartezjański trzech list: kw arków , atrybutów i m o
żliwych wartości dla każdego atrybutu. Lista kw arków w yznaczona je st przez operator pierw szy, atrybuty ograniczają się w yłącznie do w ystępujących dla cząstek w ejściow ych. Zakres wartości dla każdego atrybutu wyznaczony jest przez wartości dla cząstek wejściow ych oraz wartości „odziedziczone” z po
przednio znalezionych m odeli kwarkowych. Ilość m ożliw ych sposobów , na jak ie różnym kw arkom m ożna przyporządkow ać w artości ich atrybutów , staje się, ju ż przy niewielkiej naw et ich liczbie, na tyle duża, że bezpośrednie, pełne przeszukiw anie je st praktycznie niew ykonalne. Stąd też autorzy stosują skom plikow any układ reguł heurystycznych um ożliw iający oddzielne przeszukiw anie przestrzeni w yznaczonych przez poszczególne atrybuty, a następnie unifikację tak znalezionych modeli.
Ostatni wreszcie, piąty operator przyporządkow uje każdej cząstce na w ej
ściu je d n ą i tylko je d n ą kom binację kwarkową. M odele generow ane przez ten operator podlegają w eryfikacji przy użyciu zasady addytywności: w artość dane
go atrybutu dla każdej cząstki je st rów na sum ie odpow iednich wartości dla kw arków składowych.
R ezu ltaty . G ELL-M ANN m oże pracow ać na dw a sposoby. W zw ykłym trybie pracy system rozw aża każdą rodzinę hadronów oddzielnie, za każdym razem budując model kw arkow y od zera. W trybie działania stopniow ego (in
crem ental mode) system, rozważając kolejno rodziny hadronów dane mu na wej
ściu, stopniow o uzupełnia i m odyfikuje poprzednio otrzym ane m odele kw arko
w e oraz odrzuca m odele, które nie pasują do nowych danych.
Fisher i Żytkow (1990) testowali G ELL-M A N N -a na trzech rodzinach ha
dronów: oktecie barionow ym , dekuplecie rezonansów barionow ych i oktecie m ezonow ym. Program autom atycznie kończy działanie dla pierw szych liczb N i M , dla których znajdzie m odel kw arkow y zgodny z danym i wejściow ym i. Nie je st to w sposób autom atyczny rów noznaczne z sukcesem. Tw órcy GELL-
M AN N -a piszą:
„ [...] nie w każdym przypadku znalezienie modelu jest równoznaczne z sukcesem. Jeśli GELL-MANN [...] znajdzie wiele modeli lub jeśli zakończy pracę nie znajdując żadnego modelu, to musimy przyznać, że poniósł on porażkę. [...] Jeżeli otrzymujemy wiele równie skomplikowanych hipotez kwarkowych w jednakowym stopniu zgodnych zdanym i wej
ściowymi, to nie mamy powodu wybrać jednej z nich, gdyż nie możemy orzec, że którakol
wiek z nich je st bliższa rzeczywistości niż pozostałe” . (Fisher i Żytkow, 1990, s. 367) D la oktetu barionow ego i dekupletu rezonansów barionow ych system zna
lazł jed n o rozwiązanie: m odel składający się z trzech kw arków w grupach po trzy. R ozw iązanie to dokładnie odpow iada m odelowi kw arkow em u zapropono
w anem u przez fizyka G ell-M anna w 1964 roku. Jest on jedynym m odelem w swojej klasie prostoty (sim plicity class).
System m iał natom iast pow ażne problem y z oktetem m ezonow ym. Zgodnie z zaakceptow anym przez fizyków m odelem , m ezony składają się z pary kwark antykwark. G ELL-M A N N pow inien więc przez kolejne zw iększanie liczb N i M dojść do m odelu składającego się z sześciu kw arków w grupach po dwa. Jednak przy takiej liczbie kw arków przestrzeń m ożliw ych m odeli była zbyt duża i autorzy m usieli w yłączyć program po około 5 dniach bezow ocnych poszuki
wań jednoznacznego rozwiązania.
W w ypadku działania stopniow ego, a więc udoskonalania i uzupełniania kolejnych m odeli, system , po znalezieniu jednoznacznego m odelu dla oktetu barionow ego i dekupletu rezonansów barionow ych, próbow ał zastosow ać go do przypadku oktetu m ezonow ego. Po stwierdzeniu niepow odzenia takiej próby uzupełnił go do czterech, pięciu, a następnie sześciu kwarków. Tym razem prze
strzeń poszukiw ań była ju ż znacznie m niejsza, gdyż dotyczyła jedynie atry
butów trzech now ych kw arków i w krótkim czasie G ELL-M A N N znalazł je d noznaczne, najprostsze rozw iązanie dokładnie odpow iadające modelowi zaak
ceptow anem u w fizyce.
Z pow yższej, pobieżnej analizy w ynika, że G ELL-M A N N przy uzasadnia
niu sform ułow anych przez siebie hipotez posługuje się jedynie kryteriam i pro
stoty i zgodności z danymi. System nie je st w stanie rozum ow ać na tak w ysokim poziom ie abstrakcji i zaaw ansow anego form alizm u m atem atycznego, ja k twórcy m odelu kw arkow ego. Jednak naw et tak „ubogi” w arsztat teoretyczny wystarczy mu do znalezienia jednoznacznego m odelu kw arkow ego, całkow icie zgodnego z przyjętym przez fizyków. Człowiek nie m iałby raczej szans na uzasadnienie tą drogą jakiegokolw iek m odelu kwarkowego. Przeszukanie tak ogromnej prze
strzeni w szystkich m ożliw ych m odeli byłoby dla ludzkiego badacza nie do po
myślenia.
K O N K LU ZJE
Powyżej opisałem krótko system, który drogą w yczerpującego przeszuki
w ania ogromnej przestrzeni m ożliw ych m odeli kw arkow ych znalazł tylko jedno, najprostsze rozw iązanie spójne z danym i - dokładnie m odel kw arkow y zaakcep
tow any przez fizyków. Fakt ten je st na tyle znaczący, że ja k piszą autorzy sys
temu, m ożem y tu m ów ić o pew nego rodzaju uzasadnieniu, opierając się na kry
teriach prostoty i zgodności z danym i, bez odw oływ ania się do w yrafinow anych teorii (Fisher i Żytkow , 1990, s. 370).
Rozważania, które doprowadziły fizyków do właściwego modelu kw arkow e
go, prowadzone były na poziom ie modeli teoretycznych i formalizmu teoriogru- powego kwantowej teorii pola. W iększość m ożliwych modeli kwarkowych roz
ważanych przez system GELL-M ANN zostałoby a priori odrzuconych jako nie- pasująca do reprezentacji grupy symetrii SU(3). Głównym kryterium stosowanym tu przy porównywaniu różnych modeli kwarkowych była wewnętrzna m atem a
tyczna spójność formalizmu. Po jego zastosowaniu w ybór właściwego modelu kwarkowego oraz wartości atrybutów samych kwarków był ju ż spraw ą prostą.
Zarazem jednak żaden poważny współczesny badacz nie postępowałby jak system GELL-M ANN. Łatwo jest bowiem postulować ukrytą strukturę, lecz bar
dzo trudno jest j ą uzasadnić właśnie dlatego, że możliwych jest tak wiele modeli.
Problem ten określany jest w filozofii nauki jako niedookreślenie teorii przez da
ne. B adacz-człow iek, chcąc uzasadnić konkretny model kwarkowy, rozumując jedynie na poziom ie praw fenomenologicznych opisujących własności cząstek, musiałby pokazać nie tylko, że jest on zgodny z danymi, ale że jest również naj
prostszy. To zaś wym agałoby dokładnego przeanalizowania setek tysięcy m ożli
w ych modeli, co jest zadaniem przerastającym ludzkie możliwości. Jednak system GELL-M ANN postępuje właśnie tak, jakby postąpił chory na um yśle naukow iec- maniak, tyle tylko że m u się udaje. Fakt ten, ja k sądzę, da się zresztą uogólnić na inne zaawansowane systemy odkrywające ukrytą strukturę.
O w a dziw na koincydencja w yników uzyskanych na dwu, zupełnie różnych drogach stanowi jed en z koronnych argum entów na rzecz realizm u wysuw anych przez w spom nianego ju ż filozofa nauki lana H ackinga (1983).
,^Argument o koincydencji” Hacking odnosi przede wszystkim do przed
m iotów m ikroskopow ych. M ożna go streścić następująco:
Byłoby niepraw dopodobnym zbiegiem okoliczności, gdyby dwa przyrządy, działające na zupełnie różnych zasadach, (np. m ikroskop optyczny i m ikroskop elektronowy) ujaw niły w preparacie tę sam ą strukturę mikroskopową, a mimo to struktura ta byłaby je d y n ie zniekształceniem (artefaktem), a nie czym ś co w p r e paracie realnie istnieje.
H acking je st w praw dzie realistą w odniesieniu do niektórych przedm iotów teoretycznych takich ja k przedm ioty m ikroskopow e czy tzw. przedm ioty ekspe
rym entatora (jak np. elektrony), lecz przynajm niej na obecnym etapie rozwoju nauki, nie uznałby za w ystarczające argum entów przem aw iających za istnieniem kwarków.
Sądzę jednak, że przez analogię do jeg o argum entu m ożna by sform ułować inny, choć oczyw iście słabszy argum ent na rzecz hipotezy kwarkowej:
Jeśli dwa, prow adzone na zupełnie różnych poziom ach, rozum owania teo
retyczne doprow adzają nas do zbieżnych w yników dotyczących zarów no kom po
zycji kwarkow ej hadronów, j a k i liczb kwantowych sam ych kwarków, to stanow i to znacznie m ocniejsze potw ierdzenie hipotezy kw arkow ej niż każdy argum ent z osobna. Ponadto, hipoteza kwarkowa je s t tym lepiej uzasadniona, im bardziej owe dwa argum enty są o d siebie niezależne.
W oczyw isty sposób, pow yższy argum ent ma m niejszą „siłę przekonyw a
nia” niż argum ent Hackinga: teorie w yjaśniające w ysokiego poziom u, ja k chro- m odynam ika kw antow a i praw a fenom enologiczne opisujące własności hadro
nów nie są od siebie aż tak niezależne ja k zasady opisujące różne m ikroskopy.
M yślę jednak, że je s t w tym „coś”, że do hipotezy kwarkowej m ożna dojść na dw a niezależne sposoby, a to byłoby niem ożliw e bez autom atycznych system ów odkryć.
LITERATURA
Bradshaw G. L., Langley P., Simon H. (1980), BACONA: The Discovery o f Intrinsic Properties, [in:] Proceedings o f the Third Biennial Conference o f the Cana
dian Society fo r Computational Studies o f Intelligence, Victoria, BC, pp. 19- 25.
Cartwright N. (1983), How the Laws o f Physics Lie?, Oxford, Clarendon Press.
Fisher P., Żytkow J. M. (1990), Discovering Quarks and Hidden Structure, [in:] Z. Ras, M. Zemankova, M. L. Emrich, [eds.], Methodologies fo r Intelligent Systems 5, New York, Elsevier Science Publishing Co., pp. 362-370.
Gell-Mann M., N e’eman Y. (1964), The Eightfold Way, N. Y., Benjamin.
Gerwin D. G. (1974), Information Processing, Data Inferences, and Scientific Generali
zation, „Behavioral Sciences”, 19, pp. 314-325.
GizaP. (1987), How to Defend Realism?, [in:] Proceedings o f the 11th International Wittgenstein Symposium, Kirchberg, Austria, pp. 39-43,
GizaP. (1990), Realizm I. Hackinga a konstruktywny empiryzm Bas C. van Fraassena, RRR, t. 23, Lublin, Wyd. UMCS,
Giza P. (1995), Intelligent Computer Systems and Theory Comparison, [in:] L. Koj [ed.]
On Theory Comparison, Rodopi Publishing House, Austria (w przygoto
waniu).
Hacking I. (1983), Representing and Interyening, Cambridge, Cambridge Univ. Press.
Hammermesh M. (1963), Group Theory, NY, Addison-Wesley.
Langley P. and Nordhausen B. (1986), A framework fo r empirical discovery, [in:] Pro
ceedings o f the International Meeting on Advances in Learning, Les Arcs, France.
Langley R., Simon H., Bradshaw G. L., Żytkow J. M. (1987), Scientific Discovery: Com
putational Explorations o f the Creative Processes, MA, the MIT Press.
Langley P., Żytkow J. M. (1989), Data-Driven Approaches to Empirical Discovery, Artificial Intelligence, 40, pp. 283-312.
LenatD. B. (1977), Automated Theory Formation in Mathematics, [in:] Proceedings o f the Fifth International Joint Conference on Artificial Intelligence, pp. 833—
842.
Lindsay R., Buchanan G. M., Feigenbaum E. A., LederbergR. (1980), Applications o f Artificial Intelligence fo r Organic Chemistry; The DENDRAL Project, New York, McGraw-Hill.
Newell A., Simon H. A., (1972), Human Problem Solving, NY, Prentice Hali.
Norwood J. (1975), Twentieth Century Physics, NY, Prentice Hali.
Piatetsky-Shapiro G., (ed.), (1991), Proc. o f AAAI-91 Workshop on Knowledge Discov
ery in Databases, San Diego, CA.
Rose D. (1989), Using Domain Knowledge to Aid Scientific Theory revision, [in:] Pro
ceedings o f the Sixth International Workshop on Machine Learning, San Ma
teo, CA, Morgan Kaufmann Publishers, pp. 272-277.
WignerE. (1958), Group Theory and its Application to Quantum Mechanics o f Atomic Spectra, NY.
Żytkow J. M., Simon H. A. (1986), A Theory o f Historical Discovery: The Construction o f Componential Models, „Machine Learning”, 1, pp. 107-136.
Żytkow J. M. (1987), Combining many searches in the FAHRENHEIT discovery system, [in:] Proceedings o f the Fourth International Workshop on Machine Learn
ing, Irvine CA, pp. 281-287.
Żytkow J. M. [ed.] (1992), Proc. o f the ML-92 Workshop on Machine Discovery, Na
tional Institute for Aviation Research, Wichita, KS.
Żytkow J. M. (1993), Automatyzacja odkrycia naukowego: stan i perspektywy, Filozofia Nauki, 4, s. 38-54.
SUMMARY
In the paper I explore the relations between a relatively new and quickly expanding branch of Artificial Intelligence the Automated Discovery Systems and some new views
advanced in the old debate o ver scientific realism . I focus m y attention on one such system , G E LL -M A N N , designed in 1990 at W ichita State U niversity. The p ro g ra m ’s task w as to analyze elem entary particle data available in 1964 and form ulate an hypothe
sis (or hypotheses) about a „hidden” , m ore sim ple structure o f m atter, or to put it in contem porary term s the discovery o f quarks. The central thesis o f my paper is that sys
tem s like G E LL -M A N N not only discover (or rediscover) the hidden structure o f m atter, but also provide independent strong evidence in favor o f scientific realism about entities involved in that structure.
